以下轉載自 北极星太阳能光伏网http://guangfu.bjx.com.cn/

2014年11月的西北某地,20兆瓦的光伏電站施工現場一片火熱,首席技術官張總監深呼一口氣:馬上10兆瓦裝機就要並網成功了,今年的進度應該不會落後了。突然,一個電話打過來:“張總,你過來看看,情況緊急。”驅車趕到現場之後,現場的情況令張總目瞪口呆,只見電站元件大面積出現斑駁的花紋,似蝸牛爬行過一般。技術出身的張總監本身十分注重電站品質,此批元件全部採購的全球知名品牌廠商提供的元件。還未建成並網的元件就出現這樣的品質問題,張總不由得心急如焚。進一步調查電站情況,發現問題更加嚴重,總計6000多片元件爆發此類狀況,也就是未建成的電站32%的元件出現此類問題,建設成功的電站運營1年的,粗略估計46%的元件爆發此類問題。(以上人物名字為虛構,根據真實案例改編)

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那麼,問題就來了,蝸牛紋是如何爆發的,對電站運營又會帶來哪些影響,今天我們就從組件生產封裝來解釋蝸牛紋的產生。蝸牛紋通常意義上的概念:太陽能元件經過一段時間(半個月或者幾年)的暴曬,無需並網元件表面就開始局部出現色變,一個手指粗的的狹窄交錯的暗線出現在元件的表面,從而造成外觀嚴重瑕疵。經過筆者對國內多家光伏電站的調研,我們發現蝸牛紋爆發的區域廣泛(從海南到新疆),溫度係數相差甚大,裝機時間(1個月-25年)先後都沒有明顯的差異,也就是說,蝸牛紋的爆發,貫穿著整個電站生命週期的問題。而且在25年元件使用壽命之內,業主都要戰戰兢兢的考慮元件爆發蝸牛紋的風險。

常見的蝸牛紋理圖片:

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幾乎所有的組件製造商都告訴電站運營方,組件蝸牛紋只是伴隨隱裂而發生,對組件的發電效率沒有影響。理由基本類似:1)蝸牛紋是因為電池片柵線表面的銀與EVA相互微量反應產生的,其不影響柵線導電,也不會造成光線遮擋,因此不會影響元件功率輸出。2)蝸牛紋與電池片隱裂相對應,如果隱裂未造成電池片上局部面積的缺失就不會影響電池片的功率。目前對產生蝸牛紋的元件進行測試,也的確沒有發現大幅度的元件效率下降。真是這樣嗎?

下圖中圖一

我們看一下歐洲最權威的太陽能認證檢測機構之一:德國PIBerlin(德國普德光伏研究所)專題研究了光伏元件蝸牛紋(柵線腐蝕)問題的報告。下圖中:圖一、圖二、圖三、分別為低隱裂率、高隱裂率、以及無隱裂的元件,它們都出現了蝸牛紋現象。由此可見,蝸牛紋並非是由於隱裂產生的,而是由於EVA對電池柵線腐蝕而出現的,而隱裂會加劇蝸牛紋的產生速度與數量。

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PIBerlin同時針對上述三類元件進行了功率損失測試,以判斷蝸牛紋對組件功率衰減方面的影響,測試結果如下表:

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結果表明,低隱裂率以及無隱裂的蝸牛紋元件,其元件功率都會出現一定幅度的衰減----如6.5%的衰減;而隱裂率高的蝸牛紋組件,其功率衰減甚至會達到19%。由此可見,元件出現蝸牛紋對於其功率及發電性能是有明顯影響的。

那麼,我們就需要分析一下元件用的EVA封裝膠膜的性能與產生蝸牛紋之間的聯繫。

EVA樹脂的正式名稱為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物,光伏組件用的EVA中的醋酸乙烯酯含量通常在28-33%。酯作為一種常見的化學鍵有一個最基本的性能,在有水的情況下會分解成酸和醇。

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在光伏元件中慢慢積累的醋酸就變成了大部分光伏元件品質問題的重要誘因。日本Chemitox實驗室將電池片浸泡在一定濃度的稀醋酸溶液中觀察銀柵線的變化,發現醋酸可以逐步將電池片表面的銀柵線腐蝕變窄。而隨著銀柵線的變窄,組件的發電效率逐漸下降。目前大部分元件廠自行類比的蝸牛紋實驗採用暴曬實驗,將正負極用二極體連接,實驗週期很少有超過一年的。而使用快速模擬的測試會使在85%濕度85℃環境下用外接電壓或電流的方法類比實際發電時的測試,也很少有超過1個月的。這些實驗是否能真正說明實際問題,尚無定論,而醋酸腐蝕銀線最終會導致光伏電池發電效率下降是一個確定的現象。

EVA樹脂中是否產生產生醋酸和生產方式、配方有很大的關係。EVA在加工過程中易降解,所以加工方式要儘量做到緩慢。如下圖,擠出過程中的螺杆擠出機擠出過程十分重要,如果發生EVA樹脂的降解就會發生在這個階段。

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一些EVA膠膜製造商成為了從成本考慮使用擠出量大的雙螺杆擠出機並使用計量泵控制擠出量,擠出機中剪切大容易有死角,是非常冒險的做法。而另一些工廠使用小車拉大馬的方式,單螺杆擠出機匹配過小,擠出時的轉速過高,導致EVA樹脂受到的剪切過大,也是容易造成EVA降解的原因之一。比較合理的做法是使用大直徑的單螺杆擠出機,低轉速加工,使EVA樹脂均勻的受熱融化,整個過程儘量少的受到剪切。EVA本身的配方也是非常重要,如何降低EVA膠膜在使用中產生酸的速度也是技術關鍵之一。單純提高電阻率只是表面現象。由於PID衰減與EVA膠膜中的酸含量也有密切的關係,所以PID表現優異的EVA膠膜同樣在抗蝸牛紋方面也會表現優異。

筆者諮詢海優威公司的市場總監全楊先生,其表示目前蝸牛紋與PID衰減極已成為光伏電站的品質殺手,海優威自成立起就從EVA配方優化方面做了深入研發,避免了EVA膠膜腐蝕銀柵線而導致蝸牛紋現象,因此,海優威至今幾乎未收到任何有關組件蝸牛紋方面的投訴。但由於過去幾年激烈的市場競爭,導致許多電站投資者以及元件製造商往往偏愛從低價入手,不願意採用品質更好的EVA產品,哪怕只是每瓦多了三分錢的成本。目前行業內大多數客戶所選用的EVA膠膜厚度從最初的0.6mm厚度以上,已降低到0.45mm甚至更低的厚度,使用這些更薄的EVA膠膜封裝元件會大幅度增加電池的隱裂比率、同時也會減少封裝膠膜對電池的鈍化和保護作用,其非常擔心由此引起的大規模光伏電站品質問題會直接影響到大批電站投資者的收益、進而影響到整個光伏行業的持續健康發展。

根據國家能源局發佈的資料顯示,2014年上半年,中國新增光伏發電並網容量332萬千瓦。比去年同期增長約100%,甘肅,新疆,青海累計光伏電站並網容量最多,分別達到445萬千瓦,367萬千瓦和365萬千瓦。自從2013年以來,光伏電站建設規模顯著擴大,但是,隨之帶來的一系列電站品質問題,特別是元件品質問題,越來越突出。高衰減率、PID、蝸牛紋元件等頻發品質問題正在各類電站不斷蔓延。協力廠商檢測機構北京鑒衡認證中心副主席紀振告訴記者:“對國內32個省市,容量3.3GW的425個包括大型地面電站和分散式電站所用元件檢測發現,光伏元件主要存在熱斑,衰減,隱裂,蝸牛紋等一系列問題”。甘肅某電站,抽檢更是發現高達60%的光伏元件功率出現明顯衰減。業內分析表示,通常而言,元件光電轉換效率年均衰減應該控制在0.8%以內,然而上述元件衰減已經遠遠超過這一範圍。

作為保障光伏元件品質的重要的輔材,劣質EVA在組件蝸牛紋,功率衰減中起著不容忽視的作用,在山東,鹽城等光伏電站實際使用回饋過來的報告顯示,採用劣質EVA的元件最早3個月內就出現明顯的功率衰減,鹽城某電站在1年以內的功率衰減更是高達60%。筆者認為儘管使用劣質EVA減少了每瓦三分錢的裝機成本,但卻同時大幅度減少了電站的使用年限,導致電站在運行初期就發生明顯衰減,甚至提前導致電站提前報廢。電站的投資商應該重視光伏元件使用材料的BOM清單,選擇更加可靠的封裝材料,加強針對選用組件的品質管控,從而降低電站度電成本,以保障光伏電站的長期穩定運營和收益。

測試結果報告

海優威抗PV衰減測試報告

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